课题基金基金详情
基于基因组信息定向发掘新型尿苷肽类化合物
结题报告
批准号:
81803410
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
21.0 万元
负责人:
侍媛媛
学科分类:
H3403.微生物药物
结题年份:
2021
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
解云英、江志波、任卫聪、谷仁杰
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中文摘要
尿苷肽类化合物因具有特异的抗结核活性和新颖的作用靶点成为寻找新型抗结核药物的先导化合物。但已知尿苷肽类化合物结构类型单一,成药性有待提高,而利用化学合成、突变合成等方法进行结构改造的效果不甚理想,亟需发掘新的生物合成元件以丰富此类化合物的结构多样性。本项目拟以生物合成基因为指导进行定向基因组发掘,通过生物信息学分析从微生物中发现潜在的新型尿苷肽类化合物生物合成基因簇和新的遗传元件,预测并表征生物合成元件的功能从而丰富此类化合物的遗传元件库。在此基础上,以合成生物学为指导,在异源宿主中利用获得的新元件进行替换与组合,对合成的化合物进行分析、分离纯化与结构鉴定,从中发现抗结核活性提高的新化合物。通过本项目的实施将建立天然来源的尿苷肽类化合物遗传元件库,获得结构多样的新化合物,为新型抗多重耐药结核分枝杆菌药物研发提供物质基础,同时有利于推进合成生物学技术在天然产物结构改造中的应用。
英文摘要
Uridyl peptide compounds have become lead compounds for discovering new anti-tuberculosis drugs due to their unique chemical structure, good antibacterial activity and the novel target. But its development has been hampered by their poor structural diversity and pharmaceutical properties. Besides, structural modifications with current methods such as semi-synthesis, precursor-directed biosynthesis and mutational biosynthesis have a little effect on improving their properties. So there is an urgent need to discover new biosynthetic elements to enrich uridyl peptide compounds for the improvement of its druggability. In this research, the biosynthetic gene directed genome mining was employed to explore new uridyl peptide gene clusters and novel genetic elements from microbes by bioinformatics analysis. Then functional prediction and characterization of the potential biosynthetic elements were made to get a rich genetic element library of uridyl peptide compounds. Based on this library, synthetic biological technologies will be employed to obtain novel uridyl peptide compounds by substitution and combination of genetic elements in heterologous host. The newly produced compounds will be detected, purified and structurally identified by a series of chemical methods. Finally, new uridyl peptide compounds with improved anti-tuberculosis activity will be gained through screening. The implementation of this project will build a natural genetic element library of uridyl peptide compounds and produce a large number of novel uridyl peptide compounds with diverse structures, which will not only set foundation for discovering better lead compound combating multi-drug resistant Mycobacterium tuberculosis infection, but also promote the application of synthetic biological technology in structural modification of natural products.
尿苷肽类化合物因具有特异的抗结核活性和新颖的作用靶点成为寻找新型抗结核药物的先导化合物。但已知尿苷肽类化合物结构类型单一,成药性有待提高,亟需发掘新的生物合成元件以丰富此类化合物的结构多样性。本项目结合生物信息学分析与实验结果建立了一个更加丰富的天然来源的尿苷肽类化合物生物合成元件库,为后续的结构改造奠定了良好的基础;建立了一种从复杂发酵产物中快速鉴定sansanmycin类化合物的检测方法,大大提高了效率;对发掘到的新菌株中的目标基因簇进行激活并发现了新化合物;在含完整sansanmycin生物合成基因簇质粒pSSA的基础上,在异源宿主中成功构建表达A domain的NRPS基因阻断株,但是在进行元件回补时不成功;及时调整了方案转移到原产生菌中进行阻断株的构建,在回补时发现编码磷酸泛酰巯基乙胺基转移酶的orf-2基因对sansanmycin的合成很关键,这也可能是异源阻断菌株中回补不成功的原因。在原产生菌中对编码A domain的SsaL的阻断株成功进行自身基因元件与外源元件的功能回补,实现了元件的替换并且高效定向的产生了1个新化合物(SS-02),其抗结核活性与母化合物sansanmycin A相当;在尿苷修饰基因的阻断菌株KKO中,利用突变生物合成通过饲喂尿苷类似物产生了15个新化合物,丰富了尿苷肽类化合物的结构多样性,对其中1个化合物完成了分离纯化与结构鉴定(SS-MK-1)。本项目还表征了一个新元件SsaB的功能,通过过表达产生了一个结构新颖的具有五肽骨架的衍生物(sansanmycin Q),其抗结核活性尤其是对临床分离的多药耐药菌株活性优于sansanmycin A,有望成为抗结核候选药物。通过本项目的实施成功建立天然来源的尿苷肽类化合物遗传元件库,以合成生物学为指导,初步在原产生菌中实现了新元件的替换,后续有望获得更多结构多样的新化合物,为新型抗多重耐药结核分枝杆菌药物研发提供物质基础,同时有利于推进合成生物学技术在天然产物结构改造中的应用。
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DOI:10.1016/j.eng.2021.05.010
发表时间:2022-09
期刊:Engineering (Beijing, China)
影响因子:--
作者:Sun H;Li X;Chen M;Zhong M;Li Y;Wang K;Du Y;Zhen X;Gao R;Wu Y;Shi Y;Yu L;Che Y;Li Y;Jiang JD;Hong B;Si S
通讯作者:Si S
DOI:10.1002/anie.202015814
发表时间:2021-04
期刊:Angewandte Chemie
影响因子:--
作者:Yu-zhan Shi;Zhibo Jiang;Xiaowen Hu;Xiaomin Hu;Renjie Gu;Bingya Jiang;Lijie Zuo;Xingxing Li;Hongmin Sun;Cong Zhang;Li-fei Wang;Linzhuan Wu;Bin Hong
通讯作者:Yu-zhan Shi;Zhibo Jiang;Xiaowen Hu;Xiaomin Hu;Renjie Gu;Bingya Jiang;Lijie Zuo;Xingxing Li;Hongmin Sun;Cong Zhang;Li-fei Wang;Linzhuan Wu;Bin Hong
Exploring novel herbicidin analogues by transcriptional regulator overexpression and MS/MS molecular networking
通过转录调节因子过表达和 MS/MS 分子网络探索新型除草素类似物。
DOI:10.1186/s12934-019-1225-7
发表时间:2019-10-15
期刊:MICROBIAL CELL FACTORIES
影响因子:6.4
作者:Shi, Yuanyuan;Gu, Renjie;Hong, Bin
通讯作者:Hong, Bin
基于合成生物学策略重构抗结核抗生素sansanmycin离散型NRPS装配线
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